[发明专利]一种真空自耗电极熔炼的水冷模具

说明书

本发明属于钛合金冶金技术领域，特别是涉及需要高密封度的活性金属冶炼过程的水冷模具。一种真空自耗电极熔炼(VAR)的水冷模具，包括铸模和平板状密封保护底托，包括密封圈槽，散热环及十字散热块。在底托外部有冷却水进行水冷换热，以降低密封圈槽中密封圈的使用温度，起到提高整体密封性的作用。

技术领域

本发明属于钛合金冶金技术领域，特别是涉及需要高密封度的活性金属冶炼过程中真空自耗电极熔炼(VAR)的密封保护底托。

背景技术

真空自耗熔炼是钛合金等高温活性金属的普遍熔炼工艺，该技术的基本工艺是采用感应熔炼炉产生可控交流电弧加热熔化自耗电极，熔融金属进入水冷模具中，形成铸锭的熔炼方法。目前，VAR是生产钛及钛合金铸锭的基本方法。VAR技术广泛用于优质航空钛合金铸锭的生产，是一种成熟的工业熔炼方法。其特点是熔炼速度快，可生产大型铸锭，生产的铸锭基本上可满足一般工业的要求。但是，钛及钛合金为活泼金属，熔融状态下极易与氧气发生反应。更有甚者，冷却水一旦进入熔炼坩埚中，就会与金属液发生反应导致爆炸事故。因此，在熔炼过程中，保持高真空对合金锭质量及熔炼过程安全尤为重要。目前，在VAR模具(包括铸模和底托)中的铸模(其为上下二端开口的筒状结构)及底托之间采用密封圈法对模具底部整体进行密封。密封圈的密封程度对温度非常敏感，在铸锭温度较高时，密封圈会由于软化、变质及膨胀变形而导致模具整体密封度下降，最终降低钛合金锭的整体质量。因此，有必要设计一种可有效保持密封圈工作温度的钛合金VAR熔炼底托。

VAR工艺部件结构如图1所示，包括铸模、铸锭、密封圈及底托。熔炼过程中，铸模(外壁面)及底托(侧壁面和底面)通过冷却水冷却，促进熔融铸锭凝固。密封圈处于铸模与底托接合位置，保证熔炼过程在一定真空度条件下进行。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种VAR密封保护底托，其和铸模构成水冷模具。一种真空自耗电极熔炼(VAR)的密封保护底托，包括密封圈槽，散热环及十字散热块。散热环及十字散热块宽度为5-10mm，高度为10-20mm。通过散热环及十字散热块促进底托整体散热效果。

本发明首次将模具底托改进为平面加冷却块的高效散热式，以保护模具整体的密封性，从而解决了传统平面式底托散热效果不佳，导致密封性下降，影响合金锭整体质量的弊端。

本发明采用的技术方案为：

一种真空自耗电极熔炼的水冷模具，包括铸模和平板状底托，铸模为上下二端开口的筒状结构，用于密封铸模下开口端的底托设置于铸模下开口端，于平板状底托上表面靠近四周边缘处设有一环状凹槽，于环状凹槽内设有密封圈，底托通过密封圈与铸模下开口端密封连接；于平板状底托下表面靠近四周边缘处设有一作为散热环的环状凸起，于平板状底托下表面中部设有二条成十字形交叉的长条状凸起，作为十字散热块。

环状凸起和环状凹槽分别于平板状底托的上下表面相对设置，即环状凹槽于平板状底托的下表面的投影位于环状凸起与平板状底托下表面相交的区域上。

底托为圆形平板，铸模为上下二端开口的圆筒；环状凹槽为圆环状凹槽，环状凸起为圆环状凸起，底托、铸模、环状凹槽、环状凸起同轴。

十字形交叉的长条状凸起二端与环状凸起内壁面连接。

散热环的厚度和十字散热块的厚度(垂直于长度方向的宽度)分别为5-10mm，垂直于底托表面方向的高度为10-20mm。

于环状凸起上开设有多个作为通水槽的贯穿环状凸起内外壁面的通孔，通水槽垂直于底托表面方向的高度为10-20mm，通水槽沿环状凸起周向方向的宽度为5-10mm，相邻通水槽间环状凸起周向方向的距离为5-10mm。于长条状凸起上开设有多个作为通水槽的贯穿长条状凸起二侧壁面的通孔，通水槽垂直于底托表面方向的高度为10-20mm，通水槽沿长条状凸起长度方向的宽度为5-10mm，相邻通水槽间的距离为5-10mm。